Sonda sensore di temperatura DALLAS Ds18b20

Esistono molti tipi di sensori, e il sensore di temperatura DS18B20 prodotto da DALLAS è il migliore se utilizzato in applicazioni ad alta precisione e alta affidabilità. Dimensioni ultra ridotte, sovraccarico hardware estremamente basso, forte capacità anti-interferenza, alta precisione, e potenti funzioni aggiuntive rendono il sensore DS18B20 più popolare. I vantaggi del sensore DS18B20 sono la nostra scelta migliore per apprendere la tecnologia dei microcontrollori e sviluppare piccoli prodotti legati alla temperatura. Comprendere i principi di funzionamento e le applicazioni può ampliare le tue idee per lo sviluppo di microcontrollori.

Caratteristiche del sensore DS18B20
1. La comunicazione utilizza l'interfaccia 1-Wire
2. Ogni sensore DS18B20 ha un codice seriale univoco a 64 bit memorizzato nella ROM integrata.
3. Nessun componente esterno richiesto
4. Può essere alimentato dalla linea dati, e l'intervallo di alimentazione è 3,0 V ~ 5,5 V.
5. L'intervallo di temperatura misurabile è -55℃ ~ +125℃
6. La precisione è ±0,5℃ nell'intervallo -10~+85℃
7. La risoluzione del termometro può essere impostata su 9~12 bit. A 12 bit, la risoluzione corrisponde a 0,0625℃.

Metodi di connessione tipici del sensore DS18B20 in applicazioni pratiche
1. Metodo di connessione tipico quando si lavora con alimentazione parassita
Orari di autobus singoli
Il sensore DS18B20 utilizza un bus a 1 filo per trasmettere tutti i dati su un'unica linea, quindi il protocollo a filo singolo ha requisiti temporali molto rigidi per garantire l'integrità dei dati.
Tipi di segnali a bus singolo: resettare l'impulso, impulso di presenza, scrivere 0, scrivere 1, Leggere 0, Leggere 1. Tutti questi segnali tranne l'impulso di presenza inviato da DS18B20, altri segnali vengono inviati dal controller del bus.
Il trasferimento dei dati inizia sempre con il bit meno significativo.

Tempistica di inizializzazione
La sequenza di inizializzazione include il ripristino del sensore DS18B20 e la ricezione del segnale di presenza restituito da DS18B20.

L'host deve inizializzarlo prima di qualsiasi comunicazione con il sensore DS18B20. Durante l'inizializzazione, il controller del bus abbassa il bus e lo mantiene per più di 480us. Il dispositivo appeso al bus verrà ripristinato, quindi rilasciare l'autobus, attendere fino alle 15-60, a quel punto 18B20 restituirà un segnale di presenza di basso livello tra 60-240us.

Diagramma temporale dell'impulso di reset e dell'impulso di presenza:
Circuito di applicazione del sensore DS18B20 Il sistema di misurazione della temperatura DS18B20 presenta i vantaggi di un semplice sistema di misurazione della temperatura, precisione di misurazione ad alta temperatura, collegamento conveniente, e occupa meno linee di interfaccia. Quello che segue è lo schema del circuito di misurazione della temperatura del sensore DS18B20 in diverse modalità di applicazione:
5.1. Lo schema elettrico della modalità di alimentazione parassita del sensore DS18B20 è mostrato in Figura 4. In modalità di alimentazione parassita, il DS18B20 trae energia dalla linea di segnale a filo singolo: l'energia viene immagazzinata nel condensatore interno mentre la linea del segnale DQ è ad alto livello. Quando la linea del segnale è a basso livello, consuma l'energia del condensatore per funzionare, e quindi carica l'alimentatore parassita (condensatore) finché non arriva il livello alto.
L'esclusivo metodo di alimentazione parassita presenta tre vantaggi:
1) Quando si esegue la misurazione remota della temperatura, non è necessaria alcuna alimentazione locale
2) La ROM può essere letta senza alimentazione regolare
3) Il circuito è più semplice, utilizzando solo una porta I/O per misurare la temperatura.
Per consentire al sensore DS18B20 di eseguire conversioni di temperatura accurate, le linee I/O devono garantire che venga fornita energia sufficiente durante la conversione della temperatura. Poiché la corrente operativa di ciascun sensore DS18B20 raggiunge 1 mA durante la conversione della temperatura, quando più sensori sono collegati alla stessa linea I/O per la misurazione della temperatura multipunto, la resistenza pull-up da 4,7K da sola non può fornire energia sufficiente. Ciò impedirà la conversione della temperatura o l'errore di temperatura sarà estremamente elevato.
Perciò, il circuito in figura 4 è adatto solo per l'uso nella misurazione della temperatura con un singolo sensore di temperatura e non è adatto per l'uso in sistemi alimentati a batteria. E l'alimentatore funzionante VCC deve essere garantito essere 5V. Quando la tensione di alimentazione diminuisce, diminuisce anche l'energia che l'alimentatore parassita può assorbire, che aumenterà l'errore di temperatura.
5.2. Schema elettrico della modalità di alimentazione pull-up forte dell'alimentatore parassita DS18B20 La modalità di alimentazione parassita migliorata è mostrata in Figura 5. Affinché il sensore DS18B20 ottenga un'alimentazione di corrente sufficiente durante il ciclo di conversione dinamica, quando si esegue la conversione della temperatura o la copia nell'operazione di memoria E2, l'utilizzo di un MOSFET per collegare direttamente la linea I/O a VCC può fornire corrente sufficiente. La linea I/O deve essere trasformata in uno stato di pull-up forte entro un massimo di 10 μS dopo aver emesso qualsiasi comando che comporti una copia nella memoria E2 o l'avvio di una conversione di temperatura. La forte modalità pull-up può risolvere il problema della mancanza di corrente, quindi è adatto anche per applicazioni di misurazione della temperatura multipunto. Lo svantaggio è che occupa una linea di porta I/O in più per una forte commutazione pull-up.
Nota: Nella modalità di alimentazione parassita della Figura 4 e Figura 5, il pin VDD del sensore DS18B20 deve essere collegato a terra.

Cablaggio del sensore di temperatura digitale DALLAS

Sonda sensore Ds18b20 + cavo

Cablaggio connettore sensore digitale Ds18b20

5.3. Modalità di alimentazione esterna del sensore DS18B20

Nella modalità di alimentazione esterna, l'alimentatore funzionante del sensore DS18B20 è collegato al pin VDD. In questo momento, la linea I/O non necessita di un forte pull-up, e non vi è alcun problema di corrente di alimentazione insufficiente, che può garantire l'accuratezza della conversione. Allo stesso tempo, teoricamente qualsiasi numero di sensori DS18B20 può essere collegato al bus per formare un sistema di misurazione della temperatura multipunto. Nota: In modalità di alimentazione esterna, il pin GND del DS18B20 non può essere lasciato flottante, altrimenti la temperatura non può essere convertita e la temperatura letta è sempre 85°C.
Il metodo di alimentazione esterna è il miglior metodo di funzionamento del sensore DS18B20. Il lavoro è stabile e affidabile, la capacità anti-interferenza è forte, e il circuito è relativamente semplice, in questo modo è possibile sviluppare un sistema di monitoraggio della temperatura multipunto stabile e affidabile. Il webmaster consiglia di utilizzare un alimentatore esterno durante lo sviluppo. Dopotutto, c'è solo un cavo VCC in più rispetto all'alimentatore parassita. Nella modalità di alimentazione esterna, i vantaggi dell'ampio intervallo di tensione di alimentazione del DS18B20 possono essere pienamente sfruttati. Anche se la tensione di alimentazione VCC scende a 3V, la precisione della misurazione della temperatura può ancora essere garantita.
6. Precauzioni quando si utilizza DS1820
Sebbene DS1820 presenti i vantaggi di un semplice sistema di misurazione della temperatura, precisione di misurazione ad alta temperatura, collegamento conveniente, e occupa meno linee di interfaccia, nelle applicazioni pratiche si dovrebbe prestare attenzione anche ai seguenti problemi:
6.1. Un piccolo sovraccarico hardware richiede un software relativamente complesso per compensare. Poiché tra DS1820 e il microprocessore viene utilizzata la trasmissione dati seriale, durante la lettura e la scrittura della programmazione su DS1820, i tempi di lettura e scrittura devono essere rigorosamente garantiti, altrimenti i risultati della misurazione della temperatura non verranno letti. Quando si utilizzano linguaggi di alto livello come PL/M e C per la programmazione del sistema, è meglio utilizzare il linguaggio assembly per implementare la parte operativa del DS1820.
6.2. Le informazioni rilevanti su DS1820 non menzionano il numero di DS1820 collegati a un singolo bus, il che può facilmente indurre le persone a credere erroneamente che sia possibile collegare un numero qualsiasi di DS1820. Nelle applicazioni pratiche questo non è il caso. Quando ce ne sono più di 8 DS1820 su un singolo bus, è necessario risolvere il problema del driver del bus del microprocessore. È necessario prestare attenzione a questo punto quando si progetta un sistema di misurazione della temperatura multipunto.
6.3. Il cavo bus collegato al DS1820 ha un limite di lunghezza. Durante la prova, quando la lunghezza di trasmissione supera i 50 m utilizzando normali cavi di segnale, si verificheranno errori nei dati di misurazione della temperatura letti. Quando il cavo bus viene sostituito con un cavo schermato a doppino intrecciato, la normale distanza di comunicazione può raggiungere i 150 m. Quando viene utilizzato un cavo schermato a doppino intrecciato con più torsioni per metro, la normale distanza di comunicazione viene ulteriormente allungata. Questa situazione è causata principalmente dalla distorsione della forma d'onda del segnale causata dalla capacità distribuita sul bus. Perciò, quando si progetta un sistema di misurazione della temperatura a lunga distanza utilizzando DS1820, i problemi di capacità distribuita e di adattamento dell'impedenza del bus devono essere pienamente considerati.
6.4. Nella progettazione del programma di misurazione della temperatura DS1820, dopo aver inviato un comando di conversione della temperatura al DS1820, il programma attende sempre il segnale di ritorno dal DS1820. Una volta che un DS1820 ha un contatto scadente o è disconnesso, quando il programma legge il DS1820, non ci sarà alcun segnale di ritorno e il programma entrerà in un ciclo infinito. È necessario prestare particolare attenzione a questo punto anche quando si esegue la connessione hardware DS1820 e la progettazione del software. Si consiglia che il cavo di misurazione della temperatura sia schermato con doppino intrecciato a 4 conduttori. Una coppia di fili è collegata al filo di terra e al filo di segnale, l'altro gruppo è collegato a VCC e al filo di terra, e lo strato schermante è messo a terra in un unico punto all'estremità della sorgente.